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扫描电镜如何还原“水凝胶”真实结构

 发布时间:2020-07-02 点击量:2646

水凝胶是一种极亲水的三维网络结构凝胶,由高分子(相对分子质量比较大的分子,呈链状结构)在一定条件下互相连接,形成三维的空间网状结构,这些网状结构的空隙中充满了液体,这种特殊的分散体系就是凝胶。由于其出色的柔性及生物相容性等特质,其在电学器件、传感器以及生物医学等诸多领域中得到广泛的研究和应用。

 

 

我们所熟知的“水宝宝”就是一种典型的水凝胶体系,在吸水后,水分会将高分子聚合物的孔隙填满,变成软软的小球。此外,尿不湿,阻燃剂中也含有大量的水凝胶材料。

 

 

水凝胶为我们的生活带来诸多便利,这源自科研工作者不懈的努力,可每当科研人员需要检测水凝胶的微观形貌时,问题就出现了。

 

扫描电镜检测是材料微观形貌观察*的研究手段,但水凝胶材料由于含有大量水分或有机溶剂,无法直接放入电镜中观察。电镜工作需要维持高真空环境,而水分在真空中会迅速挥发,导致图像异常甚至电镜故障。因此,对于水凝胶样品,通常需要进行冷冻干燥处理,将水分去除后再进行拍摄。

 

那么问题又来了,干燥处理往往会导致水凝胶结构坍缩,此外,部分凝胶即便干燥后还会残留有机溶剂,对电镜观察极为不利。水分的缺失会破坏三维网状结构,在电镜测试时无法得到真实的样品结构,如下图所示,本应饱满的水凝胶结构却干瘪收缩。

 

冷冻干燥处理后的水凝胶样品,三维网络结构明显损坏(图片源自网络)

 

为了避免因干燥工艺引起的结构失真以及有机试剂残留问题,飞纳电镜推出了观察含水样品的解决方案——飞纳电镜温度控制样品台,一招解决含水样品的观察问题,为您呈现样品真实的结构信息。

 

 

飞纳电镜温控样品台观查水凝胶样品

 

1. 无需复杂繁琐的干燥工艺

 

使用冷冻干燥工艺处理的水凝胶样品进行观测,非常依赖材料本身结构以及干燥工艺,若工艺不佳,凝胶结构会因干燥而坍缩,较多聚合物缺乏水分支撑掉落成为粉末,孔隙结构失真,对于研究凝胶真实结构缺乏参考价值。而对于飞纳电镜温控制样品台来说,样品无需干燥即可观察,避免了不当的干燥工艺对样品造成的损伤。

 

 

使用冷冻干燥方法处理后的水凝胶样品扫描电镜图像,结构坍缩失真

 

2. 保留样品原始形貌结构

 

当使用飞纳的冷冻样品台将水凝胶在冷冻状态下观察,可以明显观察到完整且长程有序的凝胶网状结构,水分会在骨架结构表面凝结,保留真实的孔隙结构。

 

温控样品台观察冷冻后的水凝胶样品

 

水凝胶的骨架结构形貌对于研究材料性能有较为重要的作用,不少研究人员采用飞纳电镜温控样品台展开水凝胶研究。图示为一种基于聚谷氨酸和壳聚糖的可注射水凝胶结构,在冷冻样品台帮助下,研究人员在低温状态下对软骨细胞和水凝胶进行观测,还原体系的真实结构,可更直观真实的反映水凝胶材料与细胞的作用。若使用冷冻干燥以及细胞固定的方法处理样品,电镜测试结果无法真实反映二者的作用情况。

 

DOI: 10.1039/C7RA01864A

 

DOI: 10.1039/c5tb01488c

 

3. 操作方便,摆脱一切安全顾虑

 

温控样品杯基于珀尔帖效应进行制冷,通过控制器不仅可以迅速、轻松调整温度,还可以对样品温度进行精确的监控,时刻掌握样品状态。飞纳电镜同时采用真空外循环水对制冷器进行冷却,避免了采用传统设计的循环水泄露造成的电镜真空腔室“大灾难”,大大提升了设备的安全性,降低了使用门槛。

 

为助力科研工作者,飞纳电镜不仅提供成熟的解决方案,而且特此推出纳问检测水凝胶测试服务,快用温控样品台还原真实水凝胶电镜形貌吧!

 

添加客服开启水凝胶测试新方案

 

除了水凝胶样品,温控样品台还可以进行生物组织,食物等样品的测试,看看日常生活中常见的食物都长什么样:

 

  

苹果                                                                        奶酪

  

香蕉                                                                       番茄

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